KR100791513B1

KR100791513B1 - 전기로 더스트에 포함된 금속 아연의 회수방법

Info

Publication number: KR100791513B1
Application number: KR20060130264A
Authority: KR
Inventors: 장세한; 이준호
Original assignee: 세연에스앤알 주식회사; 이준호
Priority date: 2006-12-19
Filing date: 2006-12-19
Publication date: 2008-01-04

Abstract

본 발명은 전기로 제강 또는 제련 공정에서 발생하는 전기로 더스트(제강분진)로부터 금속 아연을 회수하는 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 탈염 처리되고 산화아연과 플랭크리나이트(Franklinite)를 주성분으로 이루어진 상기 전기로 더스트를 탄소 환원제에 반응시키고, 바인더를 탄소 환원제와 반응된 전기로 더스트에 첨가하여 펠릿으로 성형 가공하고, 상기 펠릿으로 성형 가공된 전기로 더스트를 아연 환원로인 로타리 킬른로에 장입하여 금속 아연을 기상으로 분리 회수하는 아연 증기 회수공정 후, 상기 기상으로 회수된 아연 증기와 일산화탄소 및 이산화탄소의 혼합 가스를 필터(Cokes Bed Filter)에 통과시켜 이 중 이산화탄소를 일산화탄소로 환원시킴으로 아연의 재산화를 억제시킨 아연 증기를 급랭시켜 금속으로 회수하는 공정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 금속 아연 회수방법에 관한 것이다.

본 발명은 전기로 제강공정에서 발생하는 산화아연, 플랭크리나이트(Franklinite)를 주성분으로 하는 전기로 더스트로부터 유가 금속 성분인 아연 등을 회수하는 데 있어, 상기 아연을 전기로 더스트를 로타리 킬른로에서 환원 증기 상태로 분리시킨 뒤, 필터(Coke Bed Filter)를 통하여 재산화를 억제시킨 상태에서 급랭을 통하여 고효율로 금속 아연을 회수하고, 또한 반응 후 생성되는 슬래그의 경우 다공질 처리를 통하여 기능성 재료로 재사용함으로써 전기로 더스트(제강분진)의 폐기물 재처리를 친환경적으로 할 수 있는 장점이 있다.

전기로 더스트, 제강 분진, 아연(Zn), 플랭크리나이트

Description

전기로 더스트에 포함된 금속 아연의 회수방법{Recovery Method of Zinc(Zn) From Dust Generated By Electric Arc Furnace Steelmaking}

도 1은 전기로 더스트에 포함된 금속 아연의 회수방법에 대한 공정도,

도 2는 전기로 더스트에 포함된 금속 아연의 회수를 위한 장치 구성도이다.

본 발명은 전기로 제강 또는 제련공정에서 발생하는 전기로 더스트(제강분진)로부터 아연을 회수하는 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 탈염 처리되고 산화아연과 플랭크리나이트(Franklinite)를 주성분으로 이루어진 상기 전기로 더스트를 탄소 환원제에 반응시키고, 바인더를 탄소 환원제와 반응된 전기로 더스트에 첨가하여 펠릿으로 성형 가공하고, 상기 펠릿으로 성형 가공된 전기로 더스트를 로타리 킬른로에 장입하여 금속 아연을 기상으로 분리 회수하는 아연 증기 회수공정 후, 상기 기상으로 회수된 아연 증기와 일산화탄소 및 이산화탄소의 혼합 가스를 필터(Cokes Bed Filter)에 통과시켜 이 중 이산화탄소를 일산화탄소로 환원시킴으로 아연의 재산화를 억제시킨 아연 증기를 급랭시켜 금속으로 회수하는 공정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 금속 아연 회수방법에 관한 것이다.

종래에는 제철 또는 제련소에서 발생되는 제강 분진 또는 전기로 더스트, 금속가루 등을 폐기시키거나 그 금속가루 등을 포집하여 건축자재나 아스팔트 재료로 이용하고 있었으나, 그 제강 분진에는 환경적으로 많은 유해한 금속물질들이 포함되어 환경공해를 유발하여 인체에 피해를 주는 경우가 종종 있었다. 이런 문제점을 해결하기 위해 제철 또는 제련소에서는 전기로 더스트에서 나오는 여러 금속 등을 비중과 크기로 구별하여 그것을 분리하여 다시 재활용하는 기술에 연구가 진행되고 있다. 이와 관련하여 최근 일본 연구자들, 이소자키 신이치 등은 산화철과 산화아연(ZnO)이 함유된 제강 더스트를 탄소환원제를 이용하여 산화아연을 고온의 전기로 메이커에 가열시켜 증기화한 후 이를 입자직경 크기별로 직경 큰 크기부터 작은 크기의 제철 더스트를 단계별로 회수하는 산화아연 회수 방법(등록특허공보 10-0210614)에 관한 기술을 연구한 바 있다. 또한, 일본 특허 공개공보 94- 145830호에는 제철 더스트 속의 아연 회수방법에 관한 기술이 개시되어 있으나, 상기 기술에는 공지된 본 기술의 설비로 집진된 아연을 포함한 더스트 속의 아연농도가 목표 값에 효율적으로 도달하기 위해서는 용철냄비 내 2 내지 3회 이상 재조립 제철 더스트를 반복 투입하는 기술적 문제가 있을 뿐 아니라, 이런 복수 회 더스트 처리 작업을 위해 제철 더스트 처리의 대규모 설비가 필요하며, 상기 소정의 아연 농도에 도달하면 작업을 중지하고 다시 원료를 준비하여 투입하는 조업 개시 시간이 필요한 단점이 있다.

그러나, 상기 산화아연 회수 방법은 더스트의 직경 크기별로 단계적으로 회수함을 그 기술적 특징으로 함으로써 아연 회수가 효율적이지 못한 점이 있고, 아 연분리 후 다른 산화철이나 납 등의 금속 등을 각 금속별로 분리하지 못하는 단점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 본 발명의 구성은 탈염 처리되고 산화아연과 플랭크리나이트(Franklinite)를 주성분으로 이루어진 상기 전기로 더스트를 탄소 환원제에 반응시키고, 바인더를 탄소 환원제와 반응된 전기로 더스트에 첨가하여 펠릿으로 성형 가공하고, 상기 펠릿으로 성형 가공된 전기로 더스트를 로타리 킬른로에 장입하여 금속 아연을 기상으로 분리 회수하는 아연 증기 회수공정 후, 상기 기상으로 회수된 아연 증기와 일산화탄소 및 이산화탄소의 혼합 가스를 필터(Cokes Bed Filter)에 통과시켜 이 중 이산화탄소를 일산화탄소로 환원시킴으로 아연의 재산화를 억제시킨 아연 증기를 급랭시켜 금속으로 회수하는 공정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 금속 아연 회수방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은, 상기 전기로 더스트에 대한 탄소 환원제는 전기로 더스트의 아연과 탄소의 1:1~1.5 몰 비율로 반응시키고, 탄소환원제에 반응된 전기로 더스트에 벤토나이트와 당밀을 혼합 사용하는 바인더를 첨가하여 펠릿으로 성형화하는 것을 특징으로 하는 금속 아연 회수방법을 제공한다.

본 발명의 또 다른 목적은, 반응 온도가 1,200℃ ~ 1,400℃ 로타리 킬른로에 장입하여 금속 아연을 기상으로 분리 회수한 후, 상기 아연 증기를 아연(Zn) 분무 또는 Pb/Zn 분무를 통하여 450℃ 내지 550℃ 온도로 급속 냉각시키는 것을 특징으 로 하는 금속 아연 회수방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 구성은, 전기로 제강공정에서 발생하는 전기로 더스트(제강분진)로부터 아연을 회수하는 방법에 있어서, 탈염처리되고 산화아연과 플랭크리나이트(Franklinite)를 주성분으로 이루어진 상기 전기로 더스트를 탄소 환원제에 반응시키고, 바인더를 탄소 환원제와 반응된 전기로 더스트에 첨가하여 펠릿으로 성형 가공하는 전기로 더스트 펠릿 제조공정; 상기 펠릿으로 성형 가공된 전기로 더스트를 아연 환원로에 장입하여 금속 아연을 기상으로 분리 회수하는 아연 증기 회수공정; 상기 기상으로 회수된 아연 증기와 일산화탄소 및 이산화탄소의 혼합 가스를 필터(Cokes Bed Filter)에 통과시켜 이 중 이산화탄소를 일산화탄소로 환원시킴으로 아연의 재산화를 억제시키는 재산화 억제공정; 및 상기 재산화 억제시킨 아연 증기를 급랭시켜 금속으로 회수하는 금속 아연 회수공정;이 포함되어 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 다른 구성은, 상기 탄소환원제는 분코크스 또는 페트로(Petro) 코크스이며, 상기 전기로 더스트에 대한 탄소 환원제는 전기로 더스트의 아연과 탄소를 1:1~1.5 몰 비율로 반응시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 또 다른 구성은, 상기 전기로 더스트를 탄소 환원제에 반응시킨 후, 상기 전기로 더스트에 벤토나이트와 당밀을 혼합한 바인더를 첨가하여 교반하여 펠릿으로 성형화하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 또 다른 구성은, 상기 펠릿으로 성형 가공된 전기로 더스트 를 아연 환원로에 장입하여 금속 아연을 기상으로 분리 회수하는 아연 증기 회수공정에서 상기 아연 환원로의 반응 온도가 1,200℃ ~ 1,400℃ 인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 또 다른 구성은, 상기 재산화 억제시킨 아연 증기를 급랭시키는 방법은 아연(Zn) 분무 또는 Pb/Zn 분무를 통하여 450℃ 내지 550℃ 온도로 급속 냉각시키는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 예시도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 도 1은 전기로 더스트에 포함된 금속 아연의 회수방법을 나타내는 공정도이고, 도 2는 금속 아연의 회수를 위한 장치의 구성도이다.

본 발명에 따른 발명의 구성은 도 1에 도시된 바와 같이, 전기로 제강공정에서 발생하는 전기로 더스트(제강분진)로부터 아연을 회수하는 방법에 있어서, 상기 전기로 더스트는 탈염 처리되고 산화아연과 플랭크리나이트(Franklinite)를 주성분으로 이루어져 있으며 상기 전기로 더스트에 탄소 환원제에 반응시킴과 아울러 바인더를 탄소 환원제와 반응된 전기로 더스트에 첨가하여 펠릿으로 성형 가공하는 전기로 더스트 펠릿 제조공정; 상기 펠릿으로 성형 가공된 전기로 더스트를 아연 환원로에 장입하여 금속 아연을 기상으로 분리 회수하는 아연 증기 회수공정; 상기 기상으로 회수된 아연 증기와 일산화탄소 및 이산화탄소의 혼합 가스를 필터(Cokes Bed Filter) 통과시켜 이 중 이산화탄소를 일산화탄소로 환원시킴으로써 아연의 재산화를 억제시키는 재산화 억제공정; 및 상기 재산화 억제시킨 아연 증기를 급랭시켜 금속으로 회수하는 금속 아연 회수공정;이 포함되어 구성된다.

상기 전기로 더스트 펠릿 제조공정(100)은 탈염 처리되고 산화아연과 플랭크리나이트(Franklinite)를 주성분으로 이루어져 있으며 상기 전기로 더스트에 탄소 환원제에 반응시킴과 아울러 바인더를 첨가하여 함께 성형하여 펠릿으로 제조하는 것이 바람직하다. 특히 탈염처리 하는 공정을 거친 산화아연과 플랭크리나이트(Franklinite)를 주성분으로 이루어진 전기로 더스트를 이용하는데, 만약 전기로 더스트를 탈염 처리하지 않은 경우에는 전기로 더스트로부터 염소가 휘발되어 본 발명에 사용되는 각 장치의 부식 및 클로깅 현상을 야기시키기 때문이다. 상기 탈염 처리하는 방법에는 건식법과 습식법이 있는데, 습식법은 물로 씻어내는 것이고, 건식법은 염소의 증발온도까지 가열하여 염소를 제거하는 것이다. 최근에는 경제성 및 탈염방법의 편의성에 따라 건식법을 많이 이용하고, 본 발명의 실시에도 건식법에 따라 탈염처리 하였다. 그러나, 본 발명의 특허청구범위에는 상기 방법에 따라 권리가 한정되지 않는다.

그리고 본 발명의 구성은 탈염 처리된 전기로 더스트에 탄소 환원제를 반응시키는데, 상기 탄소 환원제는 분코크스 또는 페트로(Petro) 코크스를 이용한다. 일반적으로 상기 전기로 더스트에 대한 탄소 환원제는 전기로 더스트의 아연과 탄소는 1 : 1 몰 비율로 반응시키는 것이 가장 바람직하다. 그 이유는 플랭크리나이트 중 산화철 성분이 Fe₂O₃에 가까운데, 상기 산화철 성분을 FeO까지 환원하기 위해서는 탄소 C가 요구되며, ZnO 1몰당 C 1몰이 요구된다. 만약 플랭크리나이트 중 산화철 성분이 100% FeO라면, ZnO 성분과 순수 ZnO의 환원에 필요한 C만 요구된다. 그 결과, " Zn : 고정탄소 = 1 : 1의 비율이 되도록 배합" 시키면 최적의 환원율이 나온다. 만약 질량비로 계산하게 되면, 플랭클린라이트를 주성분으로 하는 전기로 더스트에 대한 탄소 질량비는 12 : 1 이 최적 반응조건이다. 상기 최적 반응에 의해 형성된 전기로 다스트는 바인더를 첨가하여 펠릿으로 성형 제조한다. 상기 전기로 더스트를 펠릿으로 성형하는 이유는, 만약 전기로 더스트를 펠릿화를 하지 않을 경우, 전기로 더스트의 분진이 미세하기 때문에 취급이 곤란하며 그 전기로 더스트가 재분진화의 우려가 있다. 그리고, 전기로 더스트를 펠릿화하는 경우 탄소 환원제와 물리적으로 고정시킬 수 있어, 그 탄소 환원제와 전기로 더스트 간에 반응 효율을 향상시키는 장점이 있다.

상기 바인더는 벤토나이트와 당밀을 혼합된 것이 바람직하나, 공지된 바인더의 재료 등을 사용하여도 무방하다. 상기 바인더는 전체 원료 (전기로 더스트+탄소+바인더)중 바인더는 3~5중량% 첨가하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 구성은, 상기 펠릿으로 성형 가공된 전기로 더스트를 아연 환원로인 로타리 킬른로에 장입하여 금속 아연을 기상으로 분리 회수하는 공정(200) 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 일반적으로, 고체탄소에 의한 ZnO의 환원 최소 온도(즉, 아연 휘발의 최소온도)는 920℃이다. 따라서, 상기 고체탄소에 의한 ZnO의 환원 최소 온도이상에서 아연이 산화되지 않고 기상으로 분리 가능하다. 그러므로, 상기 펠릿으로 성형 가공된 전기로 더스트를 로타리 킬른로에 장입하여 금속 아연을 기상으로 분리 회수하기 위해서는 상기 고체탄소에 의한 ZnO의 환원 최소 온도이상의 조업 온도가 필요하다. 특히, 전기로 더스트 중 아연은 ZnO 또는 플랭크리나이트로 존재하기 때문에, FeO 성분을 환원시키지 않고 효율적으로 Zn을 회수하기 위해서는 조업온도는 1200~1400℃가 바람직하며, 가장 바람직하게는 1200℃가 적당하며, 이때의 산소분압은 10~12.1atm이다.

본 발명의 또 다른 구성은, 상기 기상으로 회수된 아연 증기와 일산화탄소 및 이산화탄소의 혼합 가스를 필터(Cokes Bed Filter)를 통과시켜 이 중 이산화탄소를 일산화탄소로 환원시킴으로 아연의 재산화를 억제시키는 재산화 억제공정(300)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 본 발명과 달리 종래 발명은 이미 기술한 바와 같이, 건식환원법을 이용한 전기로 더스트 환원방법의 경우는, 아연이 반응 가스 중 이산화탄소와 반응하여 조산화아연이 되기 때문에, 금속 아연으로 회수하는 효율이 경제적이지 못하는 기술적 문제점이 있다. 이런 기술적 문제를 해결하기 위해 본 발명의 구성처럼, 상기 기상으로 회수된 아연 증기와 일산화탄소 및 이산화탄소의 혼합 가스(배출된 아연 증기는 일산화탄소 및 이산화탄소와 공존)를 Cokes Bed Filter를 통과시켜, 이 중 이산화탄소를 전량 일산화탄소로 환원시킴으로 아연의 재산화를 최대한 억제한다.

그리고, 본 발명의 구성이 나타난 공정에 따라, 상기 재산화 억제시킨 아연 증기를 급랭시키는 방법은 아연(Zn) 분무 또는 Pb/Zn 분무를 통하여 450℃ 내지 550℃ 온도로 급속 냉각시키는 금속 아연 회수공정(400)을 통하여 금속 아연을 회수한다.

이때 기상화된 아연 증기의 온도는 대략 1000℃이상이고, 이러한 고온의 아연 증기를 약 500℃로 급속 냉각시킨다. 상기 고온의 아연 증기를 급속 냉각시키는 방법에는 응축기를 이용하는 방법과 아연을 분무하는 방법이 있다. 급속 냉각의 효율 및 경제성을 고려하여 본 발명에서는 아연을 분무시키는 방법을 사용하여 아연 증기는 약 500℃로 냉각시켰다, 상기 아연 분무 방법은 아연 증기의 반응 계면적을 크게 증가시키기 때문에 회수율을 극대화할 수 있는 장점이 있으며, 그 종류에는 Zn 또는 Pb/Zn 스프레이법이 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 구성에 따르면, 본 발명은 전기로 제강공정에서 발생하는 산화아연, Franklinite를 주성분으로 하는 전기로 더스트로부터 유가 금속 성분인 아연 등을 회수하는 데 있어, 아연을 전기로 더스트를 로타리 킬른로에서 환원 증기 상태로 분리시킨 뒤, 필터(Coke Bed Filter)를 통하여 재산화를 억제시킨 상태에서 급랭을 통하여 고효율로 금속 아연을 회수하는 효과가 있으며, 또한 반응 후 생성되는 슬래그의 경우 다공질 처리를 통하여 기능성 재료로 재사용함으로써 친환경적인 전기로 더스트(제강분진)의 폐기물 재처리가 가능한 탁월한 효과가 있다.

Claims

전기로 제강공정에서 발생하는 전기로 더스트(제강분진)로부터 아연을 회수하는 방법에 있어서,

탈염처리되고 산화아연과 플랭크리나이트(Franklinite)를 주성분으로 이루어진 상기 전기로 더스트를 탄소 환원제에 반응시키고, 바인더를 탄소 환원제와 반응된 전기로 더스트에 첨가하여 펠릿으로 성형 가공하는 전기로 더스트 펠릿 제조공정;

상기 펠릿으로 성형 가공된 전기로 더스트를 아연 환원로에 장입하여 금속 아연을 기상으로 분리 회수하는 아연 증기 회수공정;

상기 기상으로 회수된 아연 증기와 일산화탄소 및 이산화탄소의 혼합 가스를 필터(Cokes Bed Filter)에 통과시켜 이 중 이산화탄소를 일산화탄소로 환원시킴으로 아연의 재산화를 억제시키는 재산화 억제공정; 및

상기 재산화 억제시킨 아연 증기를 급랭시켜 금속으로 회수하는 금속 아연 회수공정;이 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 금속 아연 회수 방법.
제1항에 있어서,

상기 탄소환원제는 분코크스 또는 페트로(Petro) 코크스인 것을 특징으로 하는 금속 아연 회수방법.
제1항에 있어서,

상기 전기로 더스트에 대한 탄소 환원제는 전기로 더스트의 아연과 탄소를 1:1~1.5 몰 비율로 반응시키는 것을 특징으로 하는 금속 아연 회수방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전기로 더스트를 탄소 환원제에 반응시킨 후, 상기 전기로 더스트에 벤토나이트와 당밀을 혼합한 바인더를 첨가하여 교반하여 펠릿으로 성형화하는 것을 특징으로 하는 금속 아연 회수방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 펠릿으로 성형 가공된 전기로 더스트를 아연 환원로에 장입하여 금속 아연을 기상으로 분리 회수하는 아연 증기 회수공정에서 상기 아연 환원로의 반응 온도가 1,200℃ ~ 1,400℃ 인 것을 특징으로 하는 금속 아연 회수방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 재산화 억제시킨 아연 증기를 급랭시키는 방법은 아연(Zn) 분무 또는 Pb/Zn 분무를 통하여 450℃ 내지 550℃ 온도로 급속 냉각시키는 것을 특징으로 하는 금속 아연 회수방법.